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1.1斜齒輪的零件設計
斜齒輪可以通過兩種方式獲得:設計庫和基于SolidWorks二次開發的麥迪三維設計工具插件。通過設計庫設計斜齒輪根據課程設計的參數要求,適當地選取斜齒輪的模數、齒數、螺旋方向、螺旋角、壓力角、齒寬、標稱軸直徑、輪轂寬及鍵槽的形式,用SolidWorks中自帶的toolbox工具生成斜齒輪:(1)在SolidWorks右側設計庫工具欄中,點擊前的“+”號,選擇Gb,在下方會出現各種標準件的文件夾,點擊“動力傳動”中的齒輪文件夾。(2)選擇螺旋齒輪傳動,右鍵選擇生成零件。(3)在SolidWorks左側工具欄中會出現配置零部件,然后輸入斜齒輪的各參數。選擇好設計參數后,點擊確定,生成斜齒輪。此時的斜齒輪是實心的,然后對斜齒輪的齒寬端面為基準面陣列孔生成孔板式斜齒輪。通過邁迪三維設計工具生成斜齒輪邁迪三維設計工具集是濟南邁迪數碼技術有限公司開發的SolidWorks標準件庫,使SolidWorks軟件的功能大大增強。此插件安裝完成后,會在SolidWorks中出現相應界面。(1)在麥迪工具欄中,選擇設計工具,在彈出的對話框內輸入設計的參數,如圖1所示。(2)輸入參數后,點擊上方的【計算】,然后點擊生成齒輪2。(3)在彈出的對話框中,輸入齒輪的制造方法、要陣列圓的直徑和個數等參數,點擊確定,生成大齒輪。
1.2高速軸—凸臺拉伸法
一級減速器的高速軸是一個包含齒輪結構的軸類零件,可以利用【拉伸凸臺/基體】和【拉伸切除】等命令生成齒輪的基本模型。(1)利用Toolbox生成一實體斜齒輪后,分別以斜齒輪的左右端面為基準面,通過拉伸凸臺的方法,將不同直徑的軸段拉伸出所需要的長度。(2)在軸的最左側軸段上建立一基準面,在基準面上畫出鍵槽的投影尺寸,通過拉伸切除的方法繪出鍵槽,如圖2所示。一級減速器的低速軸除了可以用凸臺拉伸的方法繪制,也可以通過旋轉拉伸的方法進行。(1)在SolidWorks中創建一個新的零件文件,單擊【草圖】繪制,繪制出低速軸草圖。(2)點擊【旋轉拉伸】按鈕,旋轉軸選擇中心線,旋轉角度輸入360°,點擊確定,生成低速軸草圖實體。(3)在建立鍵槽的兩個軸段上建立基準面,在基準面上繪制鍵槽的草圖,通過拉伸切除的方法繪制出低速軸,如圖3所示。
2裝配體
2.1低速軸組件
低速軸組件包含軸,軸承,齒輪和擋油環,這些組件通過同軸心、面與面重合約束在一起。
2.2齒輪配合
直齒輪的嚙合是齒面與齒面的嚙合,而斜齒輪則是齒面上與分度圓重合的線嚙合,因此為了符合齒輪的機械配合關系,需要在兩個齒輪的端面畫出其分度圓,如圖4所示。點擊SolidWorks的配合按鈕,選擇【機械配合】,勾選【齒輪配合】,然后選擇齒輪的兩個分度圓,單擊確定,即可完成斜齒輪的配合。
2.3總裝配體
當減速器的所有零件及組件完成建模后,進行總體裝配。在SolidWorks中新建裝配體,將下箱體設置成固定于原點的零件,然后將高速軸組件和低速軸組件裝配到下箱體中,調整齒輪的嚙合情況。安裝上箱蓋、高低速軸的悶蓋和透蓋等各種零部件,完成總裝配體,如圖5所示。
2.4物理模擬及動畫
(1)單擊SolidWorks下方的【運算算例1】中的馬達按鈕,選擇旋轉馬達、轉速及方向,零部件選擇高速軸,然后點擊確定。(2)動畫運動完成后,單擊上圖中的保存按鈕,輸入文件名稱,默認為avi格式,單擊確定即完成減速器的物理模擬。這個動畫的時間很短,預想延長動畫時間,點擊動畫向導進行設置即可實現。
3減速器拆裝動畫制作
減速器的拆裝是通過【爆炸】與【解除爆炸】來實現的,下面以低速軸組件的拆裝為例。(1)打開低速軸組件,點擊【爆炸】,選取需要爆炸的零件,零件上出現一個XYZ方向的坐標軸,點擊X軸,拖動鼠標,零件可以左右移動,同理Y軸零件前后移動,Z軸零件上下移動。(2)解除爆炸:單擊設計樹右側的【配置】,在低速軸裝配上單擊右鍵,選擇解除爆炸即可恢復低速軸組件的安裝。(3)保存動畫:單擊【爆炸】與【解除爆炸】動畫控制器中的保存按鈕,輸入文件名稱,默認為avi格式,單擊確定即可將拆卸和安裝的動畫保存下來。
4工程圖的實現(以大齒輪為例)
打開齒輪零件圖,選擇【從零件圖制作工程圖】,選擇A3(GB)圖紙,將前視圖置于圖紙中,再對前視圖進行剖視,得到左視圖。由此生成的兩個視圖均不標準(如圖6a所示),故需要對工程圖進行處理。先對前視圖進行編輯,全選前視圖中的所有線條,安裝軸孔和鍵槽線除外,其余都隱藏,如圖6c所示。SolidWorks生成的左視圖有斜齒的輪廓,也不是標準的工程圖(如圖7a所示)。現將輪齒廓線和剖面線隱藏,畫一條齒根線,再重新添加剖面線,即生成標準的工程圖如圖7c所示。在此基礎上標注尺寸、形位公差、粗糙度、技術要求和明細欄等。其中齒輪明細表可以用SolidWorks的自帶表格來添加,但是上下標等復雜代號不好實現。因此,先在Excel文件里編輯好明細欄,然后在SolidWorks工具欄中點擊插入對象,選擇事先編輯好的Excel文件即可。
5結束語
(一)課程設計水平下降
“林化專業課程設計”課程的教學是任課教師結合林化生產企業的實際情況給定設計任務、學生每人一題完成課程設計的過程。在課程學習過程中,根據給定的設計任務,學生首先要查閱參考資料,選定所用的生產工藝;然后進行物料和熱量衡算,并根據物料和熱量衡算選擇所用的設備;最后編制設計說明書,并使用CAD軟件繪制所設計工廠的平面布置圖、流程布置圖,以及畫出一個處理單元的工藝流程圖(包括平面圖和立面圖)。近幾年來,學生完成的林化專業課程設計出現了質量下降的趨勢,具體表現為設計說明書的頁數變少、設計的物料衡算和熱量衡算不平衡、設備選型與計算不符,以及設計圖紙的排版格式不當、尺寸標注不正確等。更為嚴重的是,有些學生還存在抄襲現象。
(二)課程設計缺乏創新性
在“林化專業課程設計”課程的教學過程中,學生為了省事,要求任課教師提供相似的設計樣本。如果沒有設計樣本,學生不會做,也不愿意去做。然而,一旦有了設計樣本,學生就不會自己動腦筋,只是年復一年地重復著上一屆學生的設計。不下功夫,自然也不可能有創新,所以學生完成的林化專業課程設計的創新性很差。
(三)課程設計缺乏統一的質量評判標準
現行的“林化專業課程設計”課程考核通常是任課教師根據教學大綱的要求給定設計任務,然后根據學生上交的設計說明書和繪制的圖紙評定課程成績。雖然有的任課教師會將學生的設計答辯成績納入課程成績,但是所占的比例很少。而且不同的任課教師對學生的課程設計的要求不一樣,評判標準也不一樣。即便是同一個任課教師,對不同學生群體的課程設計,評定成績的標準也存在差異。課程設計缺乏統一的質量評判標準,課程成績的評定不規范,都勢必會影響“林化專業課程設計”課程的教學質量。
二、“林化專業課程設計”課程教學所面臨問題的成因分析
(一)“重理論、輕實踐”教學觀念的影響
受傳統教育觀念的影響,我國的高等教育一直以來都存在著強調理論教學、輕視實踐教學的問題,填鴨式教學方式仍占據重要的位置。因此,“林化專業課程設計”這樣的設計類課程在高校一直沒有得到應有的重視。尤其是隨著高校教師工作量量化考核的推行,設計類課程教學的工作量被人為地打了折扣,賦予的分值較低。這導致教師對設計類課程教學缺乏積極性,不愿花費大量精力去精心指導學生的課程設計。
(二)學生的重視程度不夠
工科學生不能脫離工廠的實際,課程設計是工科類本科生培養過程中重要的一個環節。例如,“林化專業課程設計”課程就是以培養學生的工廠設計能力為目的的。然而,一些學生認識不到課程設計的重要性,認為課程設計很好完成,加加班做幾天就能完成;還有的學生認為自己將來從事的工作與設計無關,既然以后用不著,了解一下過程就行了,所以就不想用心學,根本不愿意在課程設計上下功夫。
(三)課程設計的時間安排不合理
“林化專業課程設計”課程的教學時間安排在大學4年級第1學期的最后2周。在這個時間段,本科生其他課程的考試都已經結束了,原本可以安安心心做課程設計了,但是實際上這一時間安排使“林化專業課程設計”課程教學面臨著諸多不利因素。首先,近年來大學生的就業形勢日趨嚴峻,本科生找工作的時間不斷提前。大學4年級第1學期,學生已經開始在找工作了,有的學生還要到就業意向單位實習。其次,在這一時間段,有些學生已開始做畢業論文實驗,有些學生已經著手準備考研了。而且,學生會把所有需要完成的作業都集中到這個時間段完成,所以除了要完成林化專業課程設計之外,往往還要完成其他的課程設計或課程結業論文。此外,有些學生為了早些回家對課程設計應付了事;或者哪個任課教師要求嚴、抓得緊,哪門課程的作業就完成得“早”和“好”。在上述諸多不利因素的影響下,學生完成課程設計的精力不集中,花費的時間少,更缺乏創新的動力,這都勢必會影響課程設計的質量。
(四)課程設計的資料欠缺、內容老化
“林化專業課程設計”課程的教學內容主要涉及松香生產車間、單寧酸生產車間、活性炭生產車間的設計等。由于松香、單寧酸、活性炭這些產品的生產規模較小,設備一般比較落后,現代化的企業很少,所以生產車間的設計內容更新周期很長,這導致課程設計內容一直存在老化的問題。同時,學校圖書館中有關林化專業課程設計的資料很少,有的圖書甚至是十幾年前的,所以學生在完成課程設計時可查的資料不多。即便學校圖書館有一些比較新的設計類參考資料,如化工工藝設計手冊等,但是由于庫存冊數很少,所以不能滿足學生完成課程設計的需要。此外,現在網上可查的相關資料也不多。這些都不利于學生課程設計的創新。
(五)教師對課程設計的審查不嚴
目前,我國高校對教師工作實行的是量化考核,由于量化考核對設計類課程教學工作量賦予的分值較低,所以難以調動任課教師的積極性。同時,我國對高校的排名、對教師職稱的評定和工作業績的考核等都更注重科研成果部分,對教學質量的重視程度相對較低,這也導致高校對教學工作的重視不夠。此外,當前大學生的學習積極性較低,在完成課程設計的一些環節時基本是走形式。但是,如果設計類課程考核不及格,不及格的學生還要在大學4年級第2學期補做課程設計,這不僅會影響學生完成畢業論文,而且會影響學生找工作,進而影響學校的就業率。所以在這種情況下任課教師往往不敢對學生的課程設計過于嚴格要求。上述這些因素都是導致任課教師對學生的課程設計審查不嚴的原因。筆者曾對林產化工專業2008級和2009級本科生開展有關“林化專業課程設計”課程的問卷調查,結果顯示,大部分學生認為目前“林化專業課程設計”課程的教學質量有所下滑;同時,在對教學質量下滑進行歸因時,32.1%的學生認為是自己不重視、覺得以后不一定用得上,28.6%的學生認為是課程設計資料欠缺、內容老化,21.4%的學生認為是完成課程設計的時間與找工作、準備考研、完成畢業論文、畢業實習等其他事情的時間有沖突,14.3%的學生認為是由于課程設計很容易通過考核所以不需要太認真,3.6%的學生認為是其他原因。問卷調查結果基本可以印證上述的原因分析。
三、提高“林化專業課程設計”課程教學質量的措施
(一)教育行政管理部門和高校提高對課程設計的重視程度
大學的科研工作固然重要,但是大學的根本任務是培養人才,而保證人才培養質量的關鍵是要保證課程教學質量,特別是保證實踐教學的質量,要注重培養學生的動手能力、解決生產一線實際問題的能力。因此,針對當前高校對設計類課程教學質量的關注度下降、任課教師缺乏用心指導課程設計的積極性等問題,建議教育行政管理部門和高校提高對設計類課程的重視程度,從課程教學工作量核定、課程設計經費投入、課程設計質量評價等方面入手,加大對設計類課程教學的投入和監控力度,以保證課程的教學質量。
(二)加大教育力度,引導學生正確認識課程設計的重要性
在學生開始“林化專業課程設計”課程的學習之前,林化專業的專業教師要加大對課程的宣傳力度,使學生對設計類課程的重要性有比較清楚的認識。在學生學習“林化專業課程設計”課程之初,任課教師首先要讓學生了解課程設計的目的是培養學生從事工廠生產設計的能力,并使學生認識到這是工科學生必備的一種能力;其次要通過課程設計應用典例的講授,使學生認識到即使現在看也許將來的工作用不到,但并不意味著一直都用不到,使學生認識到通過課程設計有利于提高其綜合專業能力。只有這樣,才能激發學生學習“林化專業課程設計”課程的積極性,充分發揮學生學習的主動性,從而提高課程設計的質量。
(三)切實保證課程設計的教學時間
原來將“林化專業課程設計”課程安排在大學4年級第1學期的最后2周,主要是考慮這個時間段其他課程都已經結束了,不會因為課程設計影響到其他課程的進度,從而有利于保證學生完成課程設計的時間。但是,目前的實際情況是,課程考試、找工作、畢業實習、考研準備、畢業論文實驗以及學生想早日回家等諸多因素都影響到了“林化專業課程設計”課程的教學,使學生完成課程設計的時間無法得到保證。為了突破這一困境,首先,任課教師要在大學4年級第1學期的中間時間段提前布置課程設計任務,甚至可以在學生開始專業實習之前就布置,讓學生帶著設計任務到工廠實習。這樣,學生就可以提前對課程設計的原料情況、產品銷售、選廠地點、工藝流程、設備型號、污染控制等有一個全面、深入的了解;然后再通過查閱資料,進行設計方案的考慮,為完成課程設計作好準備。也只有這樣才有可能使學生的課程設計富有創新性。其次,為了避免學生在完成課程設計時草草了事、提前回家過年,任課教師要安排學生進行課程設計答辯,并且要求學生只能在設計周的最后2天上交設計說明書和圖紙。通過采取這些保證課程設計教學時間的措施,不僅使學生完成課程設計的實際時間加長了,使課程設計時間得到了保障,而且有利于促進“林化專業課程設計”課程教學效果的提高。
(四)充分利用科研成果,豐富課程設計的內容
俗話說“巧婦難為無米之炊”。課程設計離不開大量相關資料的支撐。學生只有在查閱大量相關資料的基礎上,通過對各種方案的比較,揚長避短,才能確定最佳的設計方案;也只有通過探討各種工藝的優缺點,才能在此基礎上有所創新。因此,針對目前可供“林化專業課程設計”使用的資料嚴重短缺的情況,筆者建議一方面學校要加大相關資料的采購力度;另一方面,學校要采取一些措施,加強教務處與科研處的合作,推動科研工作與教學工作的相互結合和相互促進,使科研成果能夠為教學服務、能夠為教學所用。例如,可以將學校在科研方面取得的成果如新型工廠設計、工藝設計等納入“林化專業課程設計”課程教學,豐富課程設計的內容;可以將學校開展科學研究所需建立的工廠基地作為學生的課程設計樣本,等等。這樣,既可以提高學生學習“林化專業課程設計”課程的興趣,又可以使學生通過課程學習掌握更多的新知識,從而避免課程設計內容的老化,進而實現科學研究與教學的一體化。
(五)盡快建立課程設計的質量評價體系
要提高課程設計的質量,就必須建立合理的課程設計質量標準和質量評價體系,并以之規范設計類課程的教學,對課程設計進行有效的監控。課程設計質量標準和質量評價體系的建立需要進行充分的調查研究,所以筆者建議由學校教務處負責課程設計質量標準和質量評價體系構建的整體工作,出面組織有指導課程設計經驗的教師共同研討并建立涵蓋課程設計準備、課程設計指導、課程設計效果的考核指標和評價體系;同時,由各學院和教研室負責制訂具體課程的質量標準,并在定期檢查、評價課程教學及其效果的基礎上,及時完善課程設計的質量評價體系。
四、結語
關鍵詞:工程測量;課程設計;教學改革;評價方案
《工程測量》課程是我院開設的一門專業基礎課,主要面向土木工程、建筑學、工程管理、工程造價等專業,本課程培養學生系統地掌握工程測量學的基本理論和基本技能,學會常規測量儀器的操作,了解測繪新儀器、新技術的原理及其應用,同時熟悉地形圖的應用,能夠從事相關專業中的測量工作,具有使用各種測量儀器的的能力,更好地從事測量方面的工作,以便更加適應社會需求[1]。
1工程測量課程基本信息
1.1主要內容
《工程測量》課程主要內容:水準測量、角度測量、距離測量與直線定向、測量誤差、小地區控制測量、地形圖的基本知識、大比例尺地形圖測繪及應用、建筑工程施工測量、道路工程測量、房屋建筑建筑物變形觀測等[2]。該課程教學主體上分為兩大模塊:理論教學和實踐教學,理論教學主要教授學生測量基本理論與方法,實踐教學主要是使學生正確熟練操作儀器并掌握相關的測量技能,具備解決工程施工能力。
1.2學時安排
我院的《工程測量》課程共48-64學時,3-4個學分,每學年有9個~11個班級授課,年修讀學生300人以上。
1.3與其他課程的關系
《工程測量》以建筑材料、建筑制圖等課程為基礎,同時又為建筑施工、砌體結構、地基與基礎等后繼專業課程提供必要的基礎知識。既是前面所學課程的延續,又是學習后續課程的基礎,只有掌握了本課程的主要內容并運用其它的專業和基礎知識,才能熟練完成項目施工過程的技術指導和管理。
1.4教學中出現的一些問題
隨著教學深入,也暴露出一些問題。主要有:(1)學生沒有吃透測量原理、不能很好的理論聯系實際[3];(2)在實踐操作中有諸多不合規范的操作習慣;(3)部分學生心態浮躁不得更適當的學習方法、不能潛心研究學術問題。例如:不注重知識的連貫性學習;(4)面對棘手問題不能夠發散思維立足于新的視角合作的解決;(5)課程考核不能全面客觀的反應學生對該課程的學習掌握程度[4]。2工程測量課程教學改革設計思路課程體系與內容的改革圍繞相關專業培養目標,以人才培養質量及人才全面發展、社會需求為導向,根據工程測量課程的教學特點和行業發展的新要求,不斷探索和深化教學改革,做到課程體系改革與教學內容改革有計劃、有措施、有特色的落實到教學中的每一個環節。(1)在理論教學上,教學內容吸取國內其他更高水平院校同行的先進經驗;深入到社會項目上,與一線的技術員和專家共同探討;優化和完善工程測量教學大綱,適當刪減過時保守內容或者僅作簡單講述;(2)在實踐教學上,積極加強校內實驗室和校外實訓基地建設[5];通過測量技能大賽、產學研結合等多種方法,促進學生動手能力、創新能力;積極增加投入購置新型教學儀器設備,努力改善教學條件以滿足教學要求;加強與生產單位以及測繪儀器銷售商的交流;(3)在教學方法和教學手段上,形成了以授課課件、實踐操作錄像等方法相結合的立體感官教學方法[6][7];嚴格要求學生遵守測量規范和操作程序、培養良好的專業工作習慣,提高學生們的專業素質;通過參加專業比賽,鍛煉并檢測學生的測量技能,進一步提高學生們的測量專業知識;(4)另外,關注提高學生的“測、繪、算”技術能力,使學生熟練掌握全站儀,了解GPS測量技術[8],學習CASS成圖技術,讓學生嘗試結合EXCEL編寫簡單的計算軟件;(5)在考試改革上,采用綜合性筆試和平時性考核項目的多維度考核辦法,不斷探索優化更加客觀的考核方式,以全面的反映出學生參與該課程學習的程度以及獲得該課程總體知識、能力、素質綜合成果的體現程度。
3工程測量課程目標
(1)掌握各類普通測量包括水準測量、角度測量、距離測量和小區域控制測量的基本原理和測量方法;并會正確規范熟練的使用各種常規測量儀器包括水準儀、經緯儀和全站儀;(2)會結合現行規程規范和選取合適的儀器,設計一般性的測量方案,并進行有效率的測量和內業處理包括建筑工程施工測量項目、建筑物變形監測項目。
4工程測量課程活動設計
4.1各類普通測量以分組比賽類型教學
下面以四等水準測量為例作介紹。(1)目的:使學生正確熟練的操作水準儀;使學生深入的掌握水準測量原理、四等水準測量的規范操作工序和規范的水準內業處理,培養學生扎實的專業基礎和提高實操水平;(2)活動安排:水準測量原理、四等水準觀測方法、內業處理流程、學生練習水準儀、普通水準測量實驗,計劃4課時;分組完成四等水準外業、內業,提交成果資料,計劃2課時;成績和總結,評定成績并總結問題、分析原因,計劃2課時;(3)評價方案:儀器操作與觀測方法占30%,觀測記錄和內業處理占30%,觀測記錄和內業處理,占30%;小組總結報告占30%;出勤占10%。
4.2建筑工程施測量以案例分析來完成教學
下面以民用建筑施工測量為例做介紹。(1)目的:了解施工測量任務、特點及測設的基本工作;掌握測設點的平面位置的方法和施工控制測量的方法;掌握民用建筑施工放樣流程;(2)活動安排:課堂講解施工測量任務、特點及測設的基本工作,計劃2課時;課堂講解測設點的平面位置的方法和施工控制測量的方法,計劃2課時;觀看民用建筑施工放樣現場教學視頻,課堂提問學生,總結分析施工放樣流程,學生完成案例分析學結,計劃4學時;(3)評價方案:課堂提問占40%;民用建筑施工測量案例分析學結占50%;出勤占10%。
4.3建筑物變形測量以完成項目類型教學
(1)項目目的:使學生了解建筑變形測量的意義與重要性;理解建筑物變形測量的施測內容與測量方法;熟悉建筑物變形測量項目的整個流程;(2)活動安排:收集該項目相關的資料,了解此建筑物的變形情況,配置測量儀器,制定觀測計劃,計劃2課時;布設水準點、觀測點,做垂直位移測量,計劃2課時;布設控制點和工作基點,做水平位移測量,計劃2課時;處理數據,整理項目成果,并給出項目結論及建議,計劃2課時;(3)評價方案:外業測量占30%;觀測記錄和內業處理占30%;項目總結報告占30%;出勤占10%。
5工程測量課程學習評價方案
理論考試內容圍繞教學大綱進行,在學期末組織學生考試。其他考核項目在授課期間進行。制定如下考核方案:(1)綜合性筆試,占總評成績比重50%,評分標準依據參考答案評分;(2)小組數據和總結報告,占總評成績比重10%,評分標準是水準測量占25%、角度測量占25%、距離測量占25%及小區域控制測量占25%;(3)建筑工程施測測量案例分析總結,占總評成績比重10%,評分標準是民用建筑施工測量案例分析總結占50%,工業建筑的施工測量案例分析總結占50%;(4)建筑物變形測量項目成果書面材料,占總評成績比重10%,評分標準是成果精度統計及質量檢驗結果占30%,變形測量過程中出現的變形異常和作業中發生的特殊情況匯總占20%,變形分析的基本結論與建議占30%,附圖附表占20%;(5)課程論文,占總評成績比重5%,評分標準是把握測繪科學前沿動態占40%,內容充實可靠占50%,論文形式要素正確占10%;(6)出勤,占總評成績比重10%,評分標準是曠課、遲到、早退酌情扣分。
6總結
結合工程測量課程特色和學習目標,在非測繪專業的工程測量教學實施中體現“以學生為中心”,分別從不同知識板塊設計教學活動,并在課程考核上注重“多維度”評價學生的學習成效,才能更加客觀全面的反映出學生參與學習的程度以及獲得知識、能力、素質等綜合成果的量度,這樣才能更好的達到工程測量課程的教學質量與效果,為社會培養出適應企業需求的技術型人才。
作者:許善文 唐小方 單位:廣東白云學院
參考文獻
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關鍵詞:道路工程;課程設計;土木工程;任務及指導書
一、“道路工程”課程設計在土木工程專業課教學中的意義
道路工程課程設計是對道路工程課堂教學的必要補充和深化,通過設計讓學生更好地運用所學道路工程課程的核心知識,對瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面結構的受力情況、設計原理、方法和步驟有更深的認識。課程設計時間為一周。要求學生每天到設計教室,一天點名2次。具體要求如下:1)安排設計任務,在設計任務過程中,老師會時刻在教師里面對學生的問題進行解答,根據設計指導書及老師的現場答疑指導進行各部分的設計計算。2)根據設計題目,學生可利用各種途徑查閱專業資料,如設計規范、手冊和教材等;并結合當地氣候條件、地質條件、水文條件以及給定的交通條件,合理擬定路面結構設計方案,進行路面結構厚度的計算和驗算。編制設計計算說明書,繪制相關圖紙。3)學生應在指導教師的指導下,獨立完成設計內容。內容上要求條理清晰,內容完整,盡量采用簡圖和表格形式,計算的方法和結果符合我國現階段路面設計規范的要求。外觀上要求字體工整,紙張和封面統一。
二、“道路工程”課程設計存在的問題
(一)學生不能單獨完成設計
在道路工程的課堂教學上,作為代課教師,我發現部分學生聽課不認真,知識掌握的膚淺,在課程設計中,若每個人的設計題目相同,自然會出現這些學生相互抄襲的現象,不發揮自己的想象力和創造性。所以,如何端正學生的學習態度,提高學習的主動性,轉變學習風氣,從根本上解決課程設計中的抄襲現象,顯得尤為重要。
(二)課程設計選題存在局限性
在內容上面,由于教師參與的實際工程較少,理論性較強,因此工程資料有限,所以在給學生選題的過程中,難免會出現題目的相似程度高,具有一定的局限性,達不到理想的課程設計效果。因此,從教師角度出發,應當通過各種渠道獲取更多有價值的多方向的設計選題,尤其是選題要結合工程實際。
(三)學生設計思路不清
我們傳統的教學方式,還是偏重于理論教學,尤其是對于“道路工程”這門課程來說,實踐性較強。但是我們在學習這門學科時,并沒有真正的去參與到實際工程中,對于實際工程了解不到位,而且理論教學過程中,由于課程內容多且課程時限等因素,使學生在理論知識方面也未能很好的消化,最終致使學生的設計思路不清晰。
(四)成績評定不科學
在成績評定方面,我們雖說是要根據平時的表現和最終的分數等綜合情況進行打分,但是我們大部分教師存在的通病就是通過設計圖紙質量、計算及說明書等書面材料來進行判斷。往往忽略了平時的表現。這樣會出現最終成績不公平或不合理現象,所以應該考慮由提交的成果情況和平時表現共同構成最終的成績。
三、“道路工程”課程設計指導書的編制與應用
(一)任務書及指導書的編制目的
為了節約時間,提高效率,讓學生迅速進入設計狀態,完成瀝青路面設計和水泥路面設計兩部分內容,熟悉路面設計流程,掌握路面設計方法,較準確地、完整地完成設計說明書的編寫及相關圖紙的繪制。
(二)任務書及指導書的編制內容
本任務及指導書分三章,第一章是課程設計任務,第二章為課程設計指導,第三章為課程設計實例。1)在課程設計任務中,給出設計題目,每人要求完成兩個設計題目,即瀝青路面設計和水泥混凝土路面設計。為了避免抄襲現象發生,盡量做到每人一題,在設計資料中將道路交通量數據根據情況進行一定的改動,不允許雷同。2)第二章為課程設計指導,本章將瀝青路面設計中軸載換算方法、瀝青路面結構及厚度組合、各層材料的相關參數,體系換算圖及所用到的換算公式等均進行了總結歸納,目的是減少學生查閱資料的時間和麻煩,提高設計的效率。3)課程設計實例一章中,列出瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面設計的工程資料、不同路面結構初擬、各層材料參數擬定、驗算彎沉和各結構層底拉應力等詳細過程,學生可以從中掌握兩種路面設計的步驟。
(三)任務書及指導書的應用情況
目前為止,此任務及指導書已使用3年,從這3年來學生的使用過程看,效果理想。在這幾年中,每年都根據實際情況,對課程設計指導書進行一定的修改和完善。以前,在沒有課程設計指導書時,學生在給出課程設計任務后,不知道從何下手,一兩天進入不了設計狀態,大大的浪費時間,導致進度緩慢,時間安排不合理。有了指導書之后,學生免去了查閱大量相關資料的時間,很快了解設計過程和方法。成績的評定主要根據提交的路面設計說明書和路面結構圖紙,以參考這一周的課程設計中表現情況給出最終成績。評定標準也比較明確,我們一般會在任務書中清楚的列出來,同時,帶課程設計的老師也會抽出一定的時間來進行疑難解答。
作者:趙桂娟 單位:西安科技大學建筑與土木工程學院
參考文獻:
力學系列課程現行的教學方法大多是通過各種手段將這些課程的知識傳授給學生,最后通過考前復習和考試對其歸納提高。在此過程中,學生多數處于被動、應付狀態,難以擺脫從理論到理論,理論脫離實際模式的束縛。學生理論聯系實際、獨立分析問題、解決實際問題的能力差,這與培養2l世紀人才模式很不適應,力學系列課程的教學改革已是當務之急。目前國內外許多大學的力學相關課程設置了課程設計實踐環節,課程設計的數量有所增加。如中南大學的結構力學課程設計,吉林大學的材料力學課程設計,湖南大學的振動力學課程設計,美國的斯坦福大學在理論力學增設了實踐環節等,都取得了較好的效果。在增加課程設計數量的同時,一些高校更較重視課程設計內容的改革,如南京航空航天大學的有限元課程設計是針對實際的索拉橋進行分析,在提高學生理論聯系實際、獨立分析問題與解決實際問題的能力方面作了有益的探索。我校工程力學專業所設課程主要有CAD/CAM軟件應用、.net程序設計、理論力學、材料力學、流體力學、振動力學、機械設計基礎、結構力學、彈性力學、有限元和工程分析軟件及應用等課程,其邏輯性和系統性對于培養學生的分析問題的能力非常有利,但在力學學習過程中,教師和學生會經常遇到一些沒有見過的實際問題或力學模型,工程意識和分析、解決實際問題能力較弱的人,往往思前想后不得其解,以至于束手無策;反之,工程意識和分析、解決實際問題能力較強的人則往往能自如應對一切難題。為了培養和提高學生的工程意識和分析解決問題的能力,2006年開始,我校力學專業開設了課程設計實踐教學環節,如“有限元軟件應用課程設計”和“工程力學課程設計”,2011年又增設了“結構優化設計”和“CAM/FEM軟件應用課程設計”。但總的來講,力學專業的課程設計綜合性較差,特色不明顯,課程設計題目的難度、涉及的知識面、能力的培養均有待改進。
二、工程力學專業課程設計改革中存在的問題
目前我校課程設計改革中存在的問題主要表現在以下幾個方面:一是課程設計題目和任務書擬定方面,均由指導教師事先確定分派給學生,由于指導教師所掌握的工程資料有限,課程設計的內容和范圍局限性較大,題目類型較少,研究方向也較集中,學生并不能根據自身的特點和興趣愛好,去選擇他們感興趣的題目進行設計,而是一味進行強迫式學習,完成所謂的設計任務。學生目前經過課程設計后并不能應對就業后工作過程中復雜多樣的技術難題。二是課程設計研究內容與工程實際問題有偏差。課程設計都是承接基礎理論與工程實際的重要環節,學生非常希望將自己所學的理論應用于實際,在實際中檢驗自己的知識,但由于學生體會不到理論與實際的聯系,課程設計并不能充分調動學生學習主動性和創造性。三是課程設計時間在安排上與課堂教學存在一定的時間間隔。在課程設計過程中,對于理論知識不夠扎實的部分學生來說,會有一種懼怕且無從下手的感覺,很難投入足夠的精力和時間認真完成課程設計。而課程設計形式基本上是以小組為單位,小組成員圍繞一個核心題目完成不同方面的設計任務。由于學生的理論基礎和解決實際問題的能力存在差異,“能者多勞”的現象就會出現。如果指導教師指導不到位,檢查力度稍低,就很容易出現個別學生不做或少做設計內容,甚至還出現抄襲他人成果的現象。由此可見,工程力學專業課程設計改革的空間較大。
三、工程力學專業課程設計改進的思路與方法
一方面,課程設計應選取具有一定的工程或社會實際背景,體現應用性、先進性、綜合性的題目,可以使學生對工程實際問題的復雜性有一個初步認識,檢驗學生對該課程理論基礎知識的理解和掌握程度,培養學生通過綜合運用該課程和相關課程的基本理論知識來分析和解決工程實際問題的能力。另一方面,能使學生樹立起正確的設計思想,養成實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風和嚴謹、謙虛的科學學風,更能使學生在自主性、探索性、創造性和合作性方面得到培養。
1.指導教師應該重視課程設計題目和內容的選擇。
斯滕豪斯明確指出:教師的身份是“和學生一起學習的學習者”,只有這樣,才能通過發現法和探究法而不通過傳授法進行教學。在課堂教學過程中,教師不僅要教授理論知識,還要注意理論聯系工程實際,通過列舉工程實例、設置問題情境等多種方法,讓學生感受到理論學習是手段,實際應用才是真正目的。隨著社會發展,各種資訊日新月異,教師不能仍保持傳統的觀念,而必須在教學生涯中通過不斷學習搜集和處理更多關于課程內容的相關資訊,熟悉教育改革趨勢和重點,更新補充專業知識,提高專業能力;了解該專業學生的學習特點和興趣愛好。這樣,教師才能根據課程內容確定適合教學目標和學生感興趣的課程設計題目,并且真正做到理論與工程實際的聯系、對知識的綜合應用、全方位的展開學生的思維和最大限度地解放學生的思想,才能充分調動學生學習的主動性、積極性和創造性,培養學生解決實際問題的能力和應變思維能力。
2.課程設計應與工程實際相結合,針對不同課程內容及培養目標采用多種形式的課程設計方法。
比如《理論力學》,它是一門理論性較強的專業技術基礎課程,教師在講解過程中多是針對抽象化理想的力學模型,學生在課堂學習中通常感覺理論知識很好懂,但自己動手練習的時候卻無從下手,理論和實際總是聯系不到一起。為此,教師在講授過程中可采用工程實例教學法,即選擇一些具有代表性、啟發性、時代性的實例,通過學習和討論,使學生對知識有更深層次的理解,從而激發學生應用知識的熱情。教師可以通過布置相關知識的小論文,學生通過查閱資料、撰寫小論文的形式,深刻理解力學知識和工程實際問題間的聯系。《材料力學》課程除可設置實驗教學環節外,還可以確定一些簡單。的等值桿結構,讓學生從選擇材料到外形設計,從安全校核到經濟評價等實際操作過程中,去體會理論和實際問題間的聯系。而這樣的任務可以安排在學生課堂學習過程中完成。對于那些需要扎實的理論基礎知識,并且要有足夠的時間進行實踐的課程設計,可以安排在下一學期進行。由此實現理論與實踐的相互滲透、相輔相成,改變實踐活動與教學內容游離的狀況。
3.在課程設計中,強調學生為主體,充分發揮教師的引導作用。